在微納光子學領域，納米尺度光場分布的精準操控始終面臨關鍵技術挑戰。傳統光學器件受限於光的衍射極限，難以實現百納米以下的高效光場操控。極化激元作為光與物質耦合形成的準粒子，可將光場壓縮至納米尺度，為突破這一極限提供了新路徑。近期，天然三維晶體中的剪切極化激元可以實現光的非對稱傳播，進一步提升了納米尺度光的定向操控能力。然而，這類極化激元的調控受限於體材料本征屬性，難以實現動態調節。

針對這一難題，恒达平台物理科學與工程學院王占山教授和程鑫彬教授團隊的江濤教授，聯合美國紐約城市大學Andrea Alù教授、中南大學倪翔教授，提出了一種基於二維範德華材料的剪切極化激元調控策略。研究團隊利用α相三氧化鉬（α-MoO3）天然雙曲特性，通過構建層間扭轉角可調的異質結構，在二維體系中實現了雙曲剪切極化激元的多維度操控。實驗證實，可以通過調節雙層α-MoO3的厚度和轉角，顯著改變體系的對稱性，從而精準操控納米尺度極化激元的傳播方向與模式分布。進一步耦合石墨烯場效應晶體管，實現了雙曲剪切極化激元的原位動態調控，為光電子學微納器件的開發提供了新思路。3月26日，相關成果以“Engineering shear polaritons in 2D twisted heterostructures”為題，在線發表於國際期刊《自然·通訊》（Nature Communications）。

圖1 轉角α-MoO3剪切極化激元的示意圖

該研究通過構建扭轉雙層α-MoO3結構，在二維體系中誘導出雙曲剪切極化激元，進一步調節層間扭轉角度和厚度，可有效控製雙曲剪切極化激元的傳播方向、能量損耗和局域場強度。結合紅外散射型掃描近場光學顯微鏡表征與全波電磁模擬，研究系統闡明了雙曲剪切極化激元的剪切效應及損耗調控機製：扭轉角度可增強極化激元的非對稱傳播特性，實現光信號沿特定方向的高效傳輸，同時優化局域場分布；調節厚度可進一步豐富傳播特性；而通過引入石墨烯的費米能級調控，成功實現對外加電場響應的實時動態調節。

圖2 轉角α-MoO3剪切極化激元的電學調控行為

值得關註的是，該研究不僅突破了三維低對稱性材料對剪切極化激元調控的固有局限，更通過二維材料體系拓展了剪切極化激元的調控維度，展示了其在動態可調諧納米光電子器件中的應用潛力。

恒达平台是論文第一單位，恒达平台程鑫彬教授、江濤教授和美國紐約城市大學Andrea Alù教授為論文共同通訊作者，恒达平台博士研究生周雷、碩士研究生王澤瑞，中南大學倪祥教授為論文共同第一作者，對論文作出重要貢獻的合作者還包括恒达平台王占山教授和黃迪教授。該項工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃和上海市“科技創新行動計劃”等基金項目的資助。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-58197-4